Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине

Авторы патента:

7 E21B33/14 -

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к технологии цементирования обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.

Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине включает «стон-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное с резными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.

Устройство снабжено верхним опорным кольцом, установленным в верхней муфте, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами. Нижняя деталь соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, сжатым в транспортном положении посредством конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб, Конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом. Над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.

Благодаря тому, что в процессе круговой циркуляции тампонажного раствора, последний не подвергает эрозии уплотняемые поверхности в зоне верхнего опорного кольца, достигается надежная и гарантированная герметизация низа обсадной колонны.

Известно устройство для цементирования обсадной колонны, выполненное в виде подпружиненного обратного клапана тарельчатого типа, установленное на нижнем конце обсадной колонны, спускаемой в скважину (Патент RU №2086752, МПК 6 Е 21 В 33/14, 1997 г.).

Недостатки устройства:

- необходимость долива скважины во время спуска обсадной колонны;

- при средних и высоких скоростях спуска обсадной колоны возможен гидроразрыв пластов;

- необходимость создания противодавления на устье скважины при промывке и закачке тампонажного раствора;

- отсутствует возможность изготовления всех деталей клапана из разбуриваемых материалов, что может усложнить дальнейшее углубление скважины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, посредством которого осуществляется способ цементирования обсадной колонны в скважине (Патент RU №2235860, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2004 г.), включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.

Недостатком устройства является:

- виду того, что тампонажный раствор является абразивным материалом, при круговой циркуляции при прохождении тампонажного раствора через устройство происходит размыв сопрягаемых (уплотнительных) поверхностей, что приводит к недостаточной герметизации этих поверхностей и возможному проходу тампонажного раствора во внутрь обсадной колонны.

Задачей полезной модели является разработка конструкции устройства, которое обеспечивало бы надежную герметизацию устройства после закачки тампонажного раствора в скважину.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для цементирования обсадной колонны в скважине, включающим «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.

Новым является то, что устройство снабжено верхним опорным кольцом, установленным в верхней муфте, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя - соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, сжатым в транспортном положении посредством конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб, причем конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом, при этом над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.

На фиг.2 - то же самое в процессе закачки в скважину тампонажного раствора.

Устройство представляет собой «стоп-кольцо», выполненное в виде заглушенного снизу патрубка 1 (фиг.1) с кольцевым уступом 2 на наружной поверхности, снабженного продольными пазами 3 и радиальными каналами 4. Заглушенный участок 5 патрубка 1 с наружной стороны выполнен с конусной поверхностью 6, малое основание конуса которого обращено к верхней части, а его диаметр равен наружному диаметру патрубка 1. Телескопически к патрубку 1 напротив продольных пазов 3 в нижней муфте 7 установлено нижнее опорное кольцо 8, снабженное срезными элементами 9, свободные концы которых входят в продольные пазы 3. В нижнем торце опорного кольца 8 с

внутренней стороны выполнена конусная расточка 10, адекватная конусной поверхности 6 патрубка 1.

Над «стоп-кольцом» в верхней муфте 11 расположено верхнее опорное кольцо 12 с внутренней кольцевой расточкой 13.

Устройство снабжено заглушкой, установленной на нижнем конце промывочных труб 14 и выполненное в виде двух телескопически соединенных деталей 15 и 16, верхняя 15 из которых жестко связана с промывочными трубами 14, а нижняя 16 соединена с верхней 15 с резными элементами 17 и имеет на наружной поверхности фиксатор 18 в виде пружинного кольца, сжатого в транспортном положении с помощью конусной втулки 19, установленной на наружной поверхности нижней детали 16 и соединенной разрушаемым штифтом 20 с нижним концом колонны промывочных труб 14.

Конусная втулка 19 в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом 12. Над заглушкой выполнены радиальные каналы 21 и установлены центраторы 22. Нижняя 7 и верхняя 11 муфты соединены патрубком 23. Устройство снабжено уплотнениями 24. Детали «стоп-кольца», верхнее опорное кольцо 12 и заглушка 16 изготовлены из разбуриваемых материалов.

Устройство работает следующим образом.

После подготовки скважины в нее на проектную глубину спускают обсадную колонну 25 (см. фиг.1), на нижнем конце которой установлено предлагаемое устройство с башмаком 26. Жидкость свободно проходит в обсадную колонну. Затрубное пространство герметизируют. Затем во внутрь обсадных труб 25 спускают колонну промывочных труб 14 с заглушкой на конце (15, 16) до тех пор, пока конусная втулка 19, установленная на наружной поверхности нижней детали 16 и соединенная разрушаемым штифтом 20 с нижним концом колонны промывочных труб 14 не упрется сверху в верхнее опорное кольцо 12.

Делают подгонку длины промывочных труб 14 посредством подгоночного патрубка (на фиг.1 и 2 не показано) с учетом возможности ее обвязки с заливочным агрегатом (на фиг.1 и 2 не показано) после дальнейшей посадки колонны промывочных труб 14 на «стоп кольцо». Далее разгружают колонну промывочных труб 14 на верхнее опорное кольцо 12, в следствии чего срезается разрушаемый штифт 20, о чем свидетельствует рост, а затем резкое падения показаний на индикаторе веса, установленного на устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано). После этого колонну промывочных труб 14 опускают ниже, и она проходит через верхнее опорное кольцо 12, затем ее сажают на «стоп-кольцо» и частично разгружают. Под воздействием нагрузки срезные элементы 9 разрушаются, после чего промывочные трубы 14 приподнимают до

положения, (см. фиг.2), на устье герметизируют межколонное пространство 27 и осуществляют промывку скважины. Затем через промывочные трубы 14. радиальные каналы 21, радиальные каналы 4, заглушенного снизу патрубка 1 и башмак 26 в заколонное пространство скважины закачивают тампонажный раствор, который после выхода его на устье направляют в емкость заливочного агрегата и осуществляют круговую циркуляцию, постоянно контролируя плотность тампонажного раствора на входе и выходе из скважины.

После стабилизации тампонажного раствора по плотности (этот момент наступает примерно через один час циркуляции), круговую циркуляцию прекращают и через промывочные трубы 14 закачивают расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л тампонажного раствора в промывочных трубах. Давление закачки сбрасывают. Под воздействием перепада давления, создаваемого столбом тампонажного раствора в заколонном пространстве и направленного снизу вверх, заглушенный патрубок 1 перемещается вверх относительно нижнего опорного кольца 8 и заклинивается в месте контакта конусных поверхностей 6 и 10 (см.фиг.1), перекрывая внутриколонное пространство обсадных труб от заколонного пространства.

Промывочные трубы 14 приподнимают до положения, когда заглушка войдет в верхнее опорное кольцо 12 и фиксатор 18 упрется в упор кольцевой расточки 13, при этом радиальные каналы 19 будут находиться выше верхнего опорного кольца 12. Путем прямой или обратной промывки через межколонное пространство 25 и промывочные трубы 14 удаляют оставшийся тампонажный раствор из промывочных труб 14. После этого промывочным трубам 14 дают натяжку вверх, при этом срезные элементы 17 разрушаются, детали 15 и 16 заглушки разъединяются, причем нижняя деталь 16 вместе со «стоп-кольцом» надежно перекрывают сечение обсадной колонны от проникновения тампонажного раствора из-за заколонного пространства. Промывочные трубы 14 с верхней деталью 15 заглушки поднимают на поверхность и скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине, включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, отличающееся тем, что устройство снабжено верхним опорным кольцом, установленным в верхней муфте, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, сжатым в транспортном положении посредством конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб, причем конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом, при этом над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.